第268期

節能燈具 高功率LED照明再革新

突破過去LED燈的限制,企業致力研發散熱系統更完善、更高效率的「高功率LED燈」。

節能燈具 高功率LED照明再革新

蔡璨竹

根據國際能源總署(The International Energy Agency, IEA)的報告顯示在世界總用電量中,照明的使用電量就佔了19%,如果能有效地利用省電裝置,不僅能達到更有效的利用價值,也能減少對地球帶來的負擔。近幾年,為因應大眾的環保意識及省電觀念,企業開始改良舊型LED燈,研發出散熱效率更完善的「高功率LED燈」。

什麼是高功率LED?

LED燈是一項從21世紀初就開始發展的技術,但實際上直到2015年才是LED開始起飛的年代,也是科技業所認同的「LED元年」,克服了因為高單價而銷售不佳、燈型美觀等問題,LED照明市場才日益茁壯。近幾年,許多企業開始針對不同種需求研發出專門的技術,再次改良舊型LED燈,推出散熱能力更強、發光效率更高並整合光型控制鏡頭的「高功率LED燈」。

LED是發光二極體( Light Emitting Diode)的簡稱,是一種用發光半導體材料製成的固態電子元件,當電流通過時會透過半導體內分別帶正電的電洞與帶負電的電子相互結合,在產生能源跳耀的過程中,剩餘的能量會釋放出光能,簡單的比喻就是會發光的石頭。LED燈因為耗電量少、環保節能等特點逐漸成為現今主流照明設備,因此促成許多企業致力於新型散熱系統的研發與改良,研發出能結合均溫板及充足的對流散熱結構,製作出更高效能、散熱處理良好的「高功率LED」。

交通大學光電系盧廷昌教授表示:「假設LED燈是20W的,可能是由0.1W的LED所組成的,那就必須要封裝200顆;如果現在能將一顆LED做成1W的話,就只需要20顆,相對而言,用較少的顆數就可以製成一樣的檯燈,這個LED燈就是高功率LED。當顆數變少而單顆的功率變高,一方面成本能夠降低,另外,LED燈的壽命及穩定性也能提升,也能增加燈的可控制性。」

LED發光原理示意圖。(圖片來源/國立臺中科學教育館

改善封裝接合技術 COB vs SMD

隨著高功率COB(Chip On Board)技術的問世,發光的效率超越了SMD(Surface Mount Devices),兩者的差異在哪裡呢?簡單來說,COB多使用集成化設計,讓原本製成LED燈時需要經過的很多層手續簡化成一道,盧教授指出這樣不僅能降低成本,除此之外還能因為介面變少的關係,讓散熱功能效率變得更好,同時延長LED燈的壽命。另外,想像在過去的SMD設計中,一個檯燈假設需要200顆LED燈,所以發出來的光就會產生一顆一顆的點照射在書本上,使用者看起來會很不舒服,COB改良後的集成式設計,讓光的分佈能更均勻、漂亮,也能避免過多點光源造成物品產生影響視覺的多重殘影。

汰舊換新 減碳效益大躍進

由於傳統燈泡使用能源效率較低的關係,以及全球的節能減碳趨勢,各國已開始立定法規將傳統水銀燈、白熾燈泡淘汰。經過數據統計,將一盞水銀燈更換成高功率LED,在每天點燈十小時並工作250天的情況下,減少二氧化碳排放量相當於種50顆樹。在一萬盞燈使用一年的情況下,新型150W的LED燈與600W傳統水銀燈相比,足足少了2.5公噸的碳排量, 相當於種植210萬顆樹的減碳效益。

以新竹科學園區管理局羽球館為例,在2013年將普通650W的複金屬燈更換為120W的高功率LED燈後,不僅能使照度增加,耗電量也大幅降低;另外,因為更換成壽命長的LED燈泡,除了每年約能省下25萬元的電費,維護設備的成本也降低了,不僅省電,也能為使用者省下大筆金錢。

洞悉市場 客製化製造   

LED燈因為上述特點逐漸成為現今主流照明設備,多用於投射燈、路燈、舞台燈或是室內照明的崁燈,大多數企業也都針對不同的市場,因地制宜的設計出客製化的照明設備,舉路燈為例,過去的普通LED路燈因為晶體發光率相近導致光效無法有效利用,使得光照射的範圍較小,造成馬路上會有一明一暗如斑馬線般的狀況,不僅光被浪費了,也無法保證路面安全;有企業就針對此狀況,設計出能配合不同地形的光角度鏡頭,使光能有效地均勻照亮地面,加強路人行走的安全。新的LED燈也汰換了過去一般LED燈使用的壓克力或PC燈罩,改良成透光率高、不易變質的硼矽酸玻璃,讓路燈經得起風吹雨打,能更持久耐用。

高功率LED產品因為技術難度較先進,所以在價格昂貴的狀況下,較常被使用於商業照明上,例如體育館、大型賣場的高棚照明,因為場地較高的緣故,所以更換不易而且需要亮度夠亮的產品才能滿足需求,在這種情況下,更需要品質夠好的產品以避免花更多的錢及時間來更換燈具。近幾年,隨著高功率LED燈的技術慢慢的普及化,集成式設計讓燈的體積變小了,因此能發展出更多樣化、有彈性的鏡頭設計,客製化配光曲線設計,讓光源不再像過去的燈管、燈泡一樣死板,在不同的場所使用適合的鏡頭角度,滿足客戶的需求。

突破限制 進入日常生活

高功率LED燈現正持續地發展中,光學品質好、省錢省電、壽命長等優點讓它不僅能使用在商業設備上,也能逐漸使用在日常照明中,提升人們的生活品質。盧教授指出目前的瓶頸在於能不能將成本再壓低,走到賣場還是會發現高功率LED類型的燈還是比一般日光燈管貴一倍左右,未來目標希望能將LED半導體晶片本身的效率提高,就可以簡化佔成本一半以上的散熱設備,同時還能讓壽命變得更長。在未來,期許高功率LED燈不僅能使用在商業設備上,也能夠針對一般民眾的需求,設計成日常燈具,讓省電、高效能又不需要常更換的「高功率LED燈」進入我們的生活。

記者 蔡璨竹
說好的世界末日呢?
編輯 關子茵
活在世上為了自己的快活已經自顧不暇。
記者 蔡璨竹
編輯 關子茵